北航计算机控制系统实验报告

计算机控制系统实验报告

实验一模拟式小功率随动系统的实验调试实验二 A/D、D/A接口的使用和数据采集

实验三中断及采样周期的调试

实验四计算机控制系统的实验调试

姓名：***

学号： ******xx 同组人：李尼美郑尼玛

指导教师：***

日期： 2013年6月15日

实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试

一、实验目的

1. 熟悉反馈控制系统的结构和工作原理，进一步了解位置随动系统的特点。

2. 掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。

3. 了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影响，对静态误差的影响。

二、实验内容

1. 连接元件构成位置随动系统；

2. 利用计算机内的采样及显示程序,显示并分析输出的响应结果；

3. 反复调试达到设计要求。

三、实验设备

XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台、DH1718 双路直流稳压电源一台、4 1/2 数字多用表一台

四、实验原理

模拟式小功率随动系统如下图所示：

1. 实验前需进行零位调整，反馈极性判断，反馈极性判断又包括速度反馈极性判断和位置反馈极性判断，须使反馈为负反馈。

2. 动态闭环实验系统调试。按下面电路图连线，通过改变变阻器大小来改变闭环系统放大倍数，通过一路A/D把输出相应采入计算机进行绘图，同时测量输入电压和反馈电位计输入电压，算出稳态误差。

五、实验结果

滑阻阻值（千

20 30 55 74

欧）

比例系数 1 1.5 2.75 3.7 给定角度（度）90 90 90 90 输出角度（度）89 89 89 89.5 静差角度（度）-1 -1 -1 -0.5 静态误差（mv）-50.5 -20.5 -17.5 -28.8 过度过程曲线见下图

1.K=1时的过渡过程曲线

2.K=1.5时的过渡过程曲线

3.K=2.75时的过渡过程曲线

4.K=3.7时的过渡过程曲线

六、思考题及实验感想

1 如果速度反馈极性不对应如何处理？如果位置反馈极性不对应如何处理？

答：首先判断测速机反馈极性。在一级运放处加一电压，记住电机转向，然后断开输入，用手旋转电机按同一转向转动，测量测速机输出电压，如与前电机所加电压极性相同，则可将该信号接入运放二的负端；否则应把测速机输出极性倒置，即把另一信号接入运放二的负相端。

其次判断位置反馈极性。将回路接成开环状态，给电机加入一正电压，可使其转动，然后使电机回零，顺着电机刚才转动的方向转一小角度（不可转到非线性区），同时用数字电压表测电位计电刷的输出电压，倘若其值为负，则表明此时是负反馈，否则，需把电位计两端±10V接线头对调，以保证闭环系统是负反馈。

2. 系统是几阶无静差系统？产生静差的原因。

答：系统是二阶无静差系统。产生静差的原因有以下几点：第一，系统的非线性特性，由于电机有死区，故当误差太小时，系统输出给电机的电压也比较小，未达到电机的启动电压，导致电机不能转动，造成误差。第二，电位计的测量有误差，A/D采样也会造成误差。

3. 说出开环放大系数与静差及稳定性的关系。

答：增大开环放大倍数有助于减小静差和增加系统的快速性，如过渡过程曲线1和2对比所示。但是开环放大倍数过大会导致超调增加和系统振荡，甚至不稳定，如过渡过程曲线3和4所示。

这是本学期第一次计算机控制系统实验，我对模拟式小功率随动系统有了初步的理解，学会了如何判断和更改电路反馈的极性，了解了开环放大倍数对系统动态性能，静态误差及稳定性的影响。

实验二 A/D、D/A接口的使用和数据采集

一、实验目的

1. 了解A/D接口的基本原理,硬件结构及编程方法等

2. 掌握机器内部的数据转换和储存方式

3. 学会定时器的原理及使用方法

4. 测量A/D的输入/输出特性,分析误差产生原因

5. 了解D/A接口基本原理，芯片结构；

6. D/A与CPU的连接，地址设置及编程方法等

二、实验内容

1. 编制并调试带定时器的A/D程序

2. 编制并调试带定时器的D/A程序

3. 对编写程序进行测试

4. 分析误差产生原因

三、实验设备

IBM PC 系列微机一台(586)、HD1219 12位A/D D/A接口板一块、DH1718 双路直流稳压电源一台、4 1/2 数字多用表一台

四、实验步骤

1. 编制A/D采样程序，对不同电压进行采样测量，并转换码制。将所测的结果与真实结果进行对比。

2. 编制D/A程序，在计算机中输入不同电压对应的码，进行输出，并用电压表测量电压输出值，将实际值与理论值进行比较。

五、程序流程图

1. A/D程序流程图

2. D/A程序流程图

六、实验数据

1. A/D实验数据

电压(V) 10.05 7.54 5.05 2.53 0.04 -2.56 -5.08 -7.56 -10.04 偏移码FFC E10 C0A A00 801 5F8 3E9 1FA 0 补码7FC 610 40A 200 1 FDF8 FBE9 F9FA F800 浮点数0.967 0.758 0.505 0.250 0.001 -0.254 -0.511 -0.753 -1.000 2. D/A实验数据

Code 0000 2000 4000 6000 8000 A000 C000 E000 FFFF

输入电压-5 -3.75 -2.5 -1.25 0 1.25 2.5 3.75 5

输出电压

-4.98 -3.73 -2.47 -1.24 0 1.24 2.49 3.73 4.98

误差-0.02 -0.02 -0.03 -0.01 0 0.01 0.01 0.02 0.02

七、思考题

1. 试分析采集误差产生原因有哪些？

答：①A/D和D/A本身存在量化误差；②A/D和D/A有非线性特性；③噪声干扰，在测量

过程中发现无论是A/D还是D/A，在实验中都不是稳定不变的，一般尾数都在不断的变化，

这是由于电路中本身的噪声，以及数据采集板在设计过程中没有考虑到信号干扰所造成的。

八、实验感想

这是第二次计算机控制系统实验，这次实验让我再次巩固了A/D,D/A的编程，进一

步加深了对各种数据表示形式的认识并掌握了几种基本码制的转换。在编程和调试中，

我已初步了解软硬件接口的匹配调试，对整个实验的软硬件系统有了直观概念，对整个